Ученые из Великобритании и Австралии создали новую модель для изучения тромбоза, которая максимально точно повторяет строение и структуру человеческих вен. Разработка, названная «веной-на-чипе», позволит изучать проблемы свертываемости крови, не прибегая к животным моделям. С ее помощью исследователи выявили, что важную роль в аккумуляции тромбоцитов играет взаимодействие между фактором фон Виллебранда и тромбоцитарным гликопротеином GPIbα.
Изображение:
Общий вид микрочипа и схема строения клапанов.
Credit:
Frontiers in Cardiovascular Medicine (2023). DOI: 10.3389/fcvm.2023.1167884 | CC BY
Тромбоз глубоких вен — жизнеугрожающее состояние, от которого погибают миллионы людей по всему миру. Тромбы, которые формируются в глубоких венах, могут оторваться от стенки сосуда, транспортироваться по кровотоку и попасть в сосуды легких, приводя к развитию легочной эмболии, дыхательной недостаточности и даже к смерти. Тромбозу способствуют особые условия венозного кровотока в пространстве у основания створок венозного клапана, где кровь может застаиваться, а ее потоки — превращаться в два противоположно направленных вихря. В развитии тромбоза ведущую роль играют тромбоциты, а также вырабатываемый ими и эндотелиальными клетками фактор фон Виллебранда (VWF), однако до сих пор неизвестны точные механизмы их действия. Одна из причин этого — отсутствие достоверной модели, на которой можно было бы изучать процесс тромбообразования в глубоких венах, а также тестировать эффективность новых противотромбозных препаратов. Использование животных моделей имеет множество ограничений: этические проблемы, высокая стоимость содержания, значительные различия в физиологии с человеком.
Ученые из Бирмингемского университета разработали новую микрофлюидную модель «вены-на-чипе», устройства, максимально повторяющего среду венозных сосудов. Оно представляет собой тонкий канал с подвижными клапанами и типичным для вен пульсирующим характером тока крови. Авторы статьи разработали методику по выращиванию человеческих эндотелиальных клеток на поверхности всего канала вены-на-чипе, включая створки клапана, и проследили на этой модели несколько важных механизмов, участвующих в тромбозе глубоких вен.
Дизайн модели, соответствующий геометрии человеческой бедренной вены и ее клапанов, исследователи разработали в программном обеспечении AutoCAD. Затем, применив специальные техники с использованием прозрачного фотошаблона и кремниевой пластины, авторы получили исходную форму, после чего обычными методами фотолитографии из полидиметилсилоксана изготовили сами микрофлюидные устройства. Клапаны вен были изготовлены из полиэтиленгликоль диакрилата с помощью фотополимеризации in situ. Полученные клапаны были сходны по эластичности с человеческими.
Затем устройства покрыли эндотелиальными клетками человеческой пупочной вены. Высаженные клетки за 24 часа культивации образовали монослой, который оказался достаточно стабилен, чтобы выдерживать напряжение сдвига, используемое в дальнейших экспериментах.
Для того чтобы изучить характер агрегации тромбоцитов на створках клапанов, ученые подготовили две модели: одну с двумя неодинаково подвижными створками, вторую — с подвижной и полностью неподвижной. При действии пульсирующего тока крови агрегация нестимулированных тромбоцитов происходила на обращенной в просвет стороне кончика створки и большее количество тромбоцитов скапливалось на более подвижной створке.
Чтобы выяснить роль гликопротеина GPIIb-IIIa в агрегации и адгезии тромбоцитов к створкам клапанов, в эксперименте на модели вены-на-чипе он был ингибирован с помощью эптифибатида. Интересно, что это не снизило, а, наоборот, несколько увеличило адгезию и агрегацию тромбоцитов.
Преактивация тромбином приводила к слипанию тромбоцитов в крови, и они образовывали массивные скопления на клапанах. Эти скопления формировались не только на кончиках клапанов, но и в основании створок.
Так как ингибирование GPIIb-IIIa не предотвращало агрегацию тромбоцитов, исследователи попробовали ингибировать взаимодействие между тромбоцитарным GPIbα и доменом А1 фактора фон Виллебранда. Это привело к полному прекращению агрегации тромбоцитов на створках.
Последующая обработка эндотелиальных клеток гистамином, который стимулирует секрецию фактора фон Виллебранда из эндотелия, вызвала агрегацию тромбоцитов на основании створок, где обычно образуются тромбы у человека.
Таким образом, с помощью своей новой модели вены-на-чипе исследователи выяснили, что агрегация тромбоцитов зависит от гибкости створок клапанов, а скопление активированных тромбоцитов в основании створок определяется не только током крови, но и секрецией фактора фон Виллебранда, и его взаимодействием с GPIbα. Кроме того, новая модель позволяет ограничить использование животных в экспериментах. По словам доктора Александра Брилля, это соответствует «принципам, закрепленным в национальном и международном законодательстве и правилах использования животных в научных исследованиях».
Источники
Hosam A.B. et al. Platelet accumulation in an endothelium-coated elastic vein valve model of deep vein thrombosis is mediated by GPIbα—VWF interaction // Frontiers in Cardiovascular Medicine (2023). DOI: 10.3389/fcvm.2023.1167884
Цитата по пресс-релизу